SF6气体是一种人工合成气体,因化学性质稳定、绝缘与灭弧性能优良被广泛应用于高电压技术中,但其大量排放会产生超强的温室效应,为了减少SF6气体的使用和排放,对其替代气体的探寻成为研究热门。大量研究表明,C4F7N、C5F10O等全氟类新型人造绝缘气体,具有优良的环保表现和灭弧性能,但对其研究与应用仍尚属起步阶段。SF6与N2组成的混合气体可大幅减少SF6的使用量,并且能够明显改善SF6的液化和电场不均匀度敏感性问题,在高压电力设备行业具有巨大的产业潜力,因此,开展SF6/N2混合气体灭弧性能研究具有工程意义与学术价值。为探明SF6/N2混合气体的灭弧性能,并成功应用于快速接地开关,研究主要从混合气体快速接地开关的试验和仿真计算入手。试验方面:针对550k V SF6/N2混合气体快速接地开关,搭建电磁感应电流电弧特性的测量平台,设计电弧观测系统及方法,利用弧压传感器和罗氏线圈,分别测量电弧电压、电流,分析SF6/N2混合气体快速接地开关电弧伏安特性;利用高速摄像机拍摄采集电弧图像,对电弧图像进行形态学处理,分析快速接地开关开断过程中电弧形态的演变规律,提取电弧的直径等几何特征,分析电弧电压、电流及功率对电弧形态演变和几何特征的影响,进一步了解混合气体的电弧特性;仿真计算方面:建立快速接地开关二维多物理场耦合瞬态电弧数学模型,分析快速接地开关的开断性能,得出开断相角、充气压强和混合配比等对开断性能的影响规律。研究结果表明:成功开断200A电磁感应电流的最低气体配置方案为0.5MPa的30%SF6/70%N2混合气体或0.7MPa的20%SF6/80%N2混合气体;混合气体中SF6含量对燃弧阶段弧压大小、稳定性、过零前上升率影响明显。电弧熄灭时,动触头侧的弧根处首先断开,与气体混合比例无关;电弧直径与电流大小、注入功率呈高度正线性相关;SF6/N2混合气体中SF6含量在20%时,峰值时刻电弧直径平均值为30.8mm,递增至30%、40%及100%时,电弧直径平均值依次减小2.92%、52.17%、23.78%。电弧仿真得到电弧形态的动态变化,与试验结果基本吻合;混合气体中SF6含量越低,电弧径向散热能力越差,将导致直径变粗。